2025年11月13日，西安交通大学教授解社娟在深圳核博会核电厂在役检查论坛发表《基于电磁红外技术的材料表面微米级点蚀和裂纹检测技术》主旨报告。
报告介绍了基于电磁红外（涡流感应加热+红外测温）的无损检测方法，用于复杂装备（尤其核电相关）材料表面裂纹与微米级点蚀缺陷的快速、高灵敏检测。内容涵盖电磁红外的多物理场机理、面向调制激励的高效数值计算方法与系统/传感器搭建，并展示了疲劳裂纹、应力腐蚀裂纹、焊缝自然裂纹及50微米以下点蚀的实验验证与定量评估思路。
关键点：
1. 报告引入与团队背景：面向核电安全的电磁红外检测（00:00）
介绍报告主题为“基于电磁红外方法的裂纹缺陷和微米级点蚀缺陷检测”，并说明团队来自西安交通大学工程力学系、全国重点实验室及陕西省无损检测中心。结合福岛核事故经历与核电安全需求，强调重大装备在复杂服役环境中缺陷（焊缝裂纹、叶片断裂、管道减薄等）对安全运行的威胁与无损检测的重要性。
2. 电磁红外方法原理与优势：内热源体加热+多物理场信息（04:11）
对比被动/主动红外检测，指出电磁红外属于主动式红外：通过电磁感应产生涡流，强涡流带来焦耳热形成“体加热”热源；缺陷会扰动电磁场与温度场传播，从而在红外温度响应中体现。强调其优势包括：不易受表面状态影响、加热效率高、分辨率相对高，并可融合电磁场与温度场特征以支持多缺陷分类与定量评估。
3. 数值计算方法：面向正弦/调制激励的高效电磁-热耦合求解（07:06）
给出两类激励建模思路：常规正弦稳态激励与提升效率/灵敏度的调制激励。针对调制激励下电磁高频与热传导低频耦合导致的计算困难，采用傅里叶变换在麦克斯韦方程组中求热源，再逆变换并代入热传递方程，同时引入能量等效等算法策略。与商业软件对比结果吻合且计算效率提升约20倍，并提及相关思想与后续商业软件技术博客方案的关联。
4. 实验系统与传感器：适配复杂工况的电磁红外测试平台与柔性方案（09:54）
搭建电磁红外测试系统并开发多种激励装置以适配复杂工况；面向工程应用设计柔性传感器方案，可在工件与传感器之间加入柔性导磁颗粒，在降低施力的同时减少对表面的损伤，为后续在狭小空间或不便布置红外相机的场景提供实现路径。
5. 裂纹检测验证：疲劳裂纹深度轮廓、应力腐蚀裂纹与焊缝自然裂纹（10:17）
疲劳裂纹：通过计算分析不同深度/轮廓对温度场分布的影响，提出加热初期沿裂纹长度方向的温度分布可表征裂纹深度轮廓；制作三点弯扩展的疲劳裂纹试样并进行实验，结合主成分分析与二维小波变换实现深度预测，结果与破坏性检查较吻合。应力腐蚀裂纹：在涡流信号较难检出的情况下，电磁红外信号可较好检出。焊缝裂纹：对焊缝处自然裂纹（含微密集宽度裂纹）实现检出，并指出在狭小空间红外相机视野受限，提出“柔性贴片激励+贴片式温度传感器”替代相机的思路。
6. 微米级点蚀检测与图像算法：双重扰动机理+超分辨率与几何矫正（13:33）
面向微米级点蚀缺陷（实验实现50微米以下检测），阐释缺陷会同时扰动电磁场（等效扰动热源）与热传导过程，形成“二次场扰动”带来的灵敏度增益。考虑红外像素限制导致的轮廓识别困难，引入机器学习超分辨率算法提升缺陷区域轮廓识别精度，并借鉴光学领域成熟的几何/坐标变换方法对红外图像进行角度矫正与轮廓重建，提高定量评价能力。
7. 结论总结：算法、系统与定量评价能力的综合提升（17:26）
总结在电磁红外数值计算理论与算法方面的探索（强调效率与先进性）、裂纹深度轮廓评价与快速高精度检测能力（疲劳裂纹、应力腐蚀裂纹、焊缝裂纹），以及结合超分辨率、轮廓重建和图像矫正实现微小电磁缺陷的定量评价，最后完成报告致谢。
时间线：
00:00 - 开场与报告题目、团队与平台介绍；结合核电安全经历说明研究意义与背景需求。
04:11 - 阐述无损检测与红外检测分类；重点介绍电磁红外的涡流感应加热机理、优势及多物理场信息用于缺陷识别的潜力。
07:06 - 介绍电磁红外数值计算框架：正弦与调制激励建模、傅里叶域求解与能量等效策略；对比商业软件并给出效率提升。
09:54 - 搭建电磁红外测试系统与多形态激励装置；开发柔性传感器与导磁颗粒方案以适配工程复杂工况。
10:17 - 裂纹检测案例：疲劳裂纹深度轮廓表征与预测（PCA、二维小波等处理）；应力腐蚀裂纹在涡流难检时的电磁红外优势；焊缝自然裂纹检出与狭小空间贴片化方案设想。
13:33 - 微米级点蚀检测：双场扰动提高灵敏度，结合机器学习超分辨率与几何矫正实现轮廓识别与定量评价。
17:26 - 总结研究贡献：计算理论与效率、系统与传感器、裂纹与点蚀的高精度检测及定量评估方法；报告结束致谢。
AI 延伸阅读(下文由AI生成，其内容可能存在偏差，请注意甄别)：
电磁红外技术提升材料表面微米级点蚀与裂纹无损检测能力
西安交通大学教授解社娟围绕“基于电磁红外技术的材料表面微米级点蚀和裂纹检测技术”作报告，系统介绍了电磁红外方法在缺陷检测中的基本原理、数值计算方法、实验系统搭建，以及在裂纹和微米级点蚀检测中的应用效果。相关研究依托西安交通大学工程力学系、全国重点实验室和陕西省无损检测中心等平台展开，面向核电等重大装备在复杂服役环境下可能出现的裂纹、腐蚀、减薄等安全隐患，探索高效、可靠、非接触的无损检测手段。
在重大装备运行过程中，焊缝裂纹、叶片断裂、管道减薄和爆管等缺陷都可能对系统安全造成严重威胁。红外无损检测因具有非接触、直观成像和检测效率高等特点，已成为重要检测方向之一。按照热源来源不同，红外检测可分为被动红外和主动红外。被动红外主要利用构件自身热不平衡以及缺陷对温度场的扰动形成异常信号；主动红外则通过外部激励对试件加热，再根据热响应反演缺陷信息。电磁红外属于主动红外的重要分支，其优势在于通过电磁感应在材料内部形成体热源，加热效率高，对表面状态不敏感，同时具备较高潜在分辨率。由于电磁红外检测过程同时包含电磁场与温度场信息，能够从多维特征中提取缺陷响应，为缺陷分类、定位和定量评价提供更多依据。
电磁红外检测的核心机理是电磁场与温度场的多物理耦合。交变磁场在导电材料中诱导涡流，涡流强度与激励频率、激励能量以及材料电磁参数有关。当涡流在材料内部流动时，会产生焦耳热并作为体热源引起温度升高，随后温度场通过热传导、对流和辐射等方式传播。缺陷的存在会从两个路径影响检测信号：一方面，裂纹、点蚀等几何或材料不连续区域会扰动电磁场，改变局部涡流分布和热源分布；另一方面，缺陷也会改变热传导路径，使热扩散过程出现异常。正是电磁扰动与热传导扰动的共同作用，使得电磁红外技术在细小缺陷检测中具有较高灵敏度。
在数值计算方面，报告介绍了团队针对不同激励形式建立的电磁—热耦合计算方法。对于正弦稳态激励，由于热源具有相对稳定的周期特征，计算过程相对容易处理；而调制波激励有助于提升检测效率和灵敏度，但其电磁场与温度场耦合过程更加复杂。为解决这一问题，团队采用傅里叶变换方法对调制波进行处理，先由麦克斯韦方程求解热源频谱，再通过逆变换将其耦合至热传递方程中。由于电磁高频过程与热传递低频过程存在显著时间尺度差异，直接耦合求解计算量大、效率低，团队进一步提出能量等效等算法，在保持计算精度的同时显著降低计算复杂度。相关计算结果与商业软件吻合良好，计算效率提升约20倍。其核心思路与COMSOL后续技术博客中提出的方案具有相近之处，但团队所开发算法更强调适用性和高效性。
围绕工程应用需求，团队搭建了电磁红外测试系统，将电磁激励与红外测温集成在同一实验平台上，用于裂纹和点蚀等缺陷检测验证。针对不同复杂工况，团队设计了多类型电磁激励装置，以适应现场空间、结构形状和检测姿态等约束。同时，面向企业应用需求，研究团队还开发了柔性传感器方案，并在工件与传感器之间加入柔性导磁颗粒层，以减少硬接触造成的磨损和对被检测表面的潜在损伤，提高检测装置在实际服役环境中的适应性。
在裂纹检测方面，团队首先开展了疲劳裂纹检测与深度轮廓评估研究。通过仿真分析不同裂纹深度和轮廓对温度场分布的影响，研究发现，在加热初期沿裂纹长度方向的温度分布能够反映裂纹深度轮廓信息。实验中，团队通过三点弯方式预制并扩展疲劳裂纹，对试件表面打磨后进行电磁红外检测。随后结合主成分分析和二维小波变换等信号处理方法，对裂纹深度进行预测，结果与破坏性检验获得的真实裂纹形貌吻合较好，验证了该方法用于裂纹定量评估的可行性。
针对应力腐蚀裂纹检测，团队通过加工处理和三点弯加载诱发应力腐蚀裂纹，并对试件表面进行打磨处理。在部分涡流信号较难有效检出的情况下，电磁红外信号仍能够实现较可靠的缺陷检出，显示出该方法对复杂裂纹类型的适应性。对于焊缝自然裂纹，实验结果表明，试件不同位置的自然裂纹均可通过电磁红外成像检出，并能够提示潜在裂纹区域。报告同时指出，在狭小空间或视野受限条件下，红外相机布置存在困难，团队计划进一步探索贴片式电磁激励与贴片式温度传感相结合的方案，以替代传统相机成像方式，更好适配受限空间检测需求。
微米级点蚀检测是报告中的另一项重点内容。点蚀缺陷尺寸小、分布隐蔽，传统检测方法往往面临灵敏度和分辨率不足的问题。电磁红外技术在点蚀检测中的优势来自“双扰动”效应：点蚀既会扰动电磁场，导致局部热源发生变化，又会改变热传导过程，影响热扩散路径，两类扰动叠加后能够增强微小缺陷的红外响应。实验结果显示，团队已实现对50微米以下点蚀缺陷的检测，展现了电磁红外技术在微小表面缺陷识别中的潜力。
由于微米级点蚀在红外图像像素中占比很小，直接从原始红外图像中识别其精确轮廓较为困难。为提升定量评价能力，团队引入机器学习超分辨率算法，对缺陷区域进行图像增强和轮廓重建。重建结果与金相图参考结果具有较好一致性，说明该方法能够有效改善微小点蚀的形貌识别精度。此外，红外成像过程中难以始终保证相机与被测表面完全垂直，视角偏差会带来图像形变并影响定量分析。针对这一问题，团队借鉴成熟光学图像处理方法，通过坐标变换进行图像矫正，提高圆形缺陷、边界轮廓等形貌重建的准确度。
目前，解社娟教授团队已在电磁红外检测理论、数值计算、实验系统和缺陷定量评价等方面形成系列成果。相关研究建立了兼顾精度与效率的电磁红外数值计算方法体系，开发了电磁红外测试平台和多工况激励装置，提出了含导磁颗粒层的柔性传感器防护方案，并在疲劳裂纹深度轮廓评估、应力腐蚀裂纹检测、焊缝自然裂纹快速检出以及微米级点蚀定量评价方面取得了积极进展，为重大装备关键材料和结构的高精度无损检测提供了新的技术路径。
